Da Bits a Quantum Bits: dentro la fisica dell’incertezza
Immaginate una moneta.
Mentre l’avete nella vostra mano può essere testa o croce.
Ora immaginate di lanciarla in aria e di riprenderla al volo. La moneta è testa o croce? Se avete usato una moneta non truccata, allora avrete il 50% di probabilità che sia testa e il 50% di probabilità che sia croce. Facile, niente di nuovo, direte voi.
Ma qui viene la parte interessante. Mentre la moneta è in volo, non possiamo dire che sia testa, né che sia croce. Piuttosto che possa essere, in una certa misura, un po’ tutte e due.
Ecco. Avete appena intuito la differenza tra i computer classici, ovvero quelli odierni, che si basano sulla fisica classica, e i computer quantistici, che saranno probabilmente i computer del futuro, basati invece sulla fisica quantistica.
Esplorare paradigmi
Il computer classico si fonda sull’idea del bit, un’entità binaria che può essere accesa (1) o spenta (0). Nell’esempio di prima, il bit è rappresentato dalla moneta quando l’avete in mano, che può essere perciò testa (bit acceso) o croce (bit spento).
Il computer quantistico, invece, si fonda sul Qubit (quantum bit) e sullo stato quantistico della materia. Il Qubit può essere “acceso” (moneta testa), “spento” (moneta croce) oppure entrambi (moneta in volo). Questo fenomeno, estremamente controintuitivo, è chiamato Superposizione. Essa è solo uno degli aspetti complicati della fisica quantistica. D’altronde è un argomento che confonde anche i migliori fisici. Per sottolineare il suo scetticismo nei confronti di questa teoria, Einstein diceva:
“Dio non gioca a dadi”
E Richard Feynman non era da meno:
“Se credete di aver capito la teoria dei quanti, vuol dire che non l’avete capita”
Storia del computer quantistico dal 1935 ai giorni nostri – IBM, Think 2018 @ Las Vegas
Differenza di potenziale
Perché è importante costruire un computer quantistico? Perché è la nuova frontiera per rendere i nostri computer più potenti, ovvero in grado di fare molti più calcoli al secondo. Come? Sfruttando lo stato di Superposizione dei Qubits, il quale permette di aumentare in modo esponenziale la capacità di calcolo dei computer.
Come potete immaginare, questa è una vera e propria svolta tecnologica!
Prototipo Quantum Computer – IBM, Think 2018 @ Las Vegas
Lo è in termini di hardware, perché costruire un computer quantistico con la mole giusta di Qubits da renderlo stabile è davvero complesso. E noi ci siamo meravigliati della sua imponenza e bellezza quando abbiamo ammirato il prototipo lucente in esposizione al Think 2018, come se fosse l’ultimo modello esclusivo di una Ferrari e tutti volessero farci un giro in pista.
Più Qubits si riescono a gestire nel computer quantistico e più cresce la sua potenza per arrivare ad ottenere la “Quantum Supremacy”, ovvero il momento in cui i computer quantistici surclasseranno completamente i computer classici su alcuni algoritmi. Si pensa che questo momento potrebbe arrivare facilmente, se si riuscisse ad ottenere un computer quantistico con 50 Qubits.
In più, come potete immaginare, siamo nel bel mezzo di una svolta anche dal punto di vista del software, perché questo cambiamento di paradigma verso il Qubit ci forza a cambiare il modo in cui lavoriamo con i computer e il modo in cui scriviamo gli algoritmi. Serve costruirli combinando in modo adeguato le operazioni elementari che ci offre la fisica quantistica: Superposizione, Entanglement e Reverse flipping (questi i nomi delle principali).
Lo scopo è quello di scrivere delle vere e proprie ricette per fare in modo che gli ingredienti a disposizione diventino una deliziosa torta da mangiare.
IBM Q, Think 2018 – changing the experience of Thinking
Per ora il computer di IBM, leader indiscusso in questo settore di ricerca grazie all’apposito team IBM Q, ha costruito un computer stabile da 20 Qubits. Tuttavia, durante il Think 2018, gli esperti hanno dichiarato di lavorare già a una nuova sfida: rendere stabile un computer da 49 Qubits.
IBM Quantum Experience, Think 2018 @ Las Vegas
Le ricerche in questo settore sono a disposizione di tutti, sulla piattaforma Cloud IBM Quantum Experience, per invogliare ingegneri, appassionati e giovani studenti a prendere confidenza con questa nuova tecnologia e questo nuovo modo di pensare. Chiunque può andare sul sito, scegliere quale computer quantistico usare (sono disponibili quelli a 5, 16 e 20 Qubits) e organizzare esperimenti eseguibili direttamente sul computer selezionato.
In ogni sala conferenza in cui abbiamo atteso le presentazioni di IBM Q, io e il mio collega Giovanni abbiamo sempre percepito un grande rispetto e una curiosità comune crescente, verso questa intrigante tecnologia. Tutti aspettavano in rigoroso silenzio la fine delle illuminanti presentazioni dei ricercatori per avere il loro turno e fare domande.
Affacciarsi al mistero
Per ora, infatti, il computer quantistico è ancora un’opera di ricerca e non è pronto al mercato o ai fini aziendali, ci hanno ricordato gli esperti IBM Q durante le presentazioni. Quello che è certo è che in un recente futuro, il computer quantistico sarà una tecnologia tanto sconvolgente per l’umanità, quanto lo è stata l’invenzione di Internet.
Con il contributo di Jona Hasaramaj, Marketing & Communication @ Energy Way
